采油工程-典型示功圖分析

1、典型示功圖分析理論示功圖 理論示功圖就是認(rèn)為光桿只承受抽油桿柱與活塞截面積以上液柱的靜載荷時，理論上所得到的示功圖。假假設(shè)設(shè)條條件件深井泵質(zhì)量合格，工作正常。不考慮活塞在上、下沖程中，抽油桿柱所受到的摩擦力、慣性力、震動載荷與沖擊載荷等的影響，假設(shè)力在抽油桿柱中的傳遞是瞬間的，凡爾的起落也是瞬間的。抽油設(shè)備在工作中，不受砂、蠟、水、氣等因素的影響，認(rèn)為進入泵內(nèi)的液體不可壓縮。油井沒有連抽帶噴現(xiàn)象。油井供液能力充足，泵能夠完全充滿 。PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖 在下死點前后，抽油桿柱上多了一個活塞截面以上液柱的重量， 油管上少了一個活塞截面以上液柱的重量。這時，就要發(fā)生彈性變形，油管縮

2、短，抽油桿伸長。此時光桿雖然在上移，但活塞相對于泵筒來說，實際未動，這樣就畫出示功圖中的AB斜直線，它表示光桿負載增加的過程，稱為增載線。PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖 當(dāng)彈性變形完畢光桿帶動活塞開始上行，固定凡爾打開，液體進入泵筒并充滿活塞所讓出的泵筒空間，此時，光桿出所承受的負載仍和B點時一樣沒變化，所以畫出一條直線BC。PSS活活S光

3、光理論示功圖理論示功圖 當(dāng)活塞到達上死點，在轉(zhuǎn)入下行程的瞬間，固定凡爾關(guān)閉，游動凡爾打開，活塞上下連通?；钊显惺艿囊褐亓坑旨釉谟凸苌?。抽油桿卸掉了這一載荷，油管上加上了這一載荷，于是二者又發(fā)生彈性變形，此時油管伸長，抽油桿柱縮短，光桿下行，活塞相對于泵筒沒有移動，于是畫出了CD斜線。它表示光桿上負荷減少的過程。稱為減載線。PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功理論示功圖圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功理論示功圖圖PSS活活S光光

4、理論示功圖理論示功圖PSS活活S光光理論示功圖理論示功圖 當(dāng)彈性變形完畢，活塞開始下行，液體就通過游動凡爾向活塞以上轉(zhuǎn)移，此過程中，光桿所受的負荷不變，于是畫出直線DA，畫成一個封閉的曲線，即為示功圖。A A驢頭下死點位置驢頭下死點位置B B固定閥打開，游動閥關(guān)閉，活塞開始上行程固定閥打開，游動閥關(guān)閉，活塞開始上行程C C驢頭上死點，活塞運行到最高點驢頭上死點，活塞運行到最高點D D固定閥關(guān)閉，游動閥打開，活塞開始下行程固定閥關(guān)閉，游動閥打開，活塞開始下行程S S光桿沖程光桿沖程 ， m mS S活活活塞沖程，活塞沖程， m mP P光桿負荷，光桿負荷， KNKNP P桿桿抽油桿在液體中質(zhì)量，

5、抽油桿在液體中質(zhì)量， KNKNP P液液柱塞以上液柱質(zhì)量，柱塞以上液柱質(zhì)量， KNKNP P靜靜光桿承受最大靜負荷，光桿承受最大靜負荷， KNKN沖程損失，沖程損失，m = m = 1 1+ + 2 21 1抽油桿伸縮長度，抽油桿伸縮長度，m m2 2油管伸縮長度，油管伸縮長度，m mABAB增載線（游動凡爾關(guān)閉，僅光桿上行，抽油桿伸長，油管收縮）增載線（游動凡爾關(guān)閉，僅光桿上行，抽油桿伸長，油管收縮）BCBC活塞上行程線，也是最大載荷線（吸入線，固定凡爾打開）活塞上行程線，也是最大載荷線（吸入線，固定凡爾打開）CDCD卸載線（固定凡爾關(guān)閉，僅光桿下行，抽油桿收縮，油管伸長）卸載線（固定凡爾關(guān)

6、閉，僅光桿下行，抽油桿收縮，油管伸長）DADA活塞下行程線，也是最小載荷線（排出線，游動凡爾打開）活塞下行程線，也是最小載荷線（排出線，游動凡爾打開）ABC ABC 驢頭上行程線驢頭上行程線CDA CDA 驢頭下行程線驢頭下行程線0A0A下沖程時光桿承受的最小靜載荷下沖程時光桿承受的最小靜載荷0B0B1 1上沖程時光桿承受的最大靜載荷上沖程時光桿承受的最大靜載荷 理論示功圖是在五個假設(shè)條件之下，僅僅考慮了抽油桿柱承受靜載荷時作出來的，所以功圖是規(guī)則的平行四邊形。抽油機井的實測示功圖是深井泵和抽油桿受力復(fù)雜過程的真實反映，產(chǎn)生什么樣的圖形與當(dāng)時的生產(chǎn)狀況有著密切的關(guān)系。實測示功圖不可能像理論示功

7、圖一樣完美，它是在砂、蠟、氣、水和慣性載荷、震動載荷、沖擊載荷與摩擦阻力等因素的綜合影響之下測出來的，除此之外，還要受到漏失、斷脫、碰泵、設(shè)備故障、儀器故障的影響，因此實測功圖比理論功圖復(fù)雜的多。所以在分析示功圖時必須對油井有一個全面的了解，熟悉油井的生產(chǎn)規(guī)律和特點，這樣才能對出現(xiàn)的不正?，F(xiàn)象進行合理的判斷，多角度排查可能發(fā)生故障的范圍，有針對性的處理各種問題。典 型 示 功 圖1、氣體影響示功圖2、供液不足影響示功圖3、漏失影響示功圖4、抽油桿斷脫影響示功圖5、出砂影響示功圖6、結(jié)蠟影響示功圖7、帶噴井影響示功圖8、活塞脫出工作筒示功圖9、活塞下行碰泵影響示功圖10、油稠影響示功圖11、玻璃

8、鋼桿示功圖 實測正常功圖和理論示功圖的差異不大，均為近似的平行四邊形。但是由于抽油設(shè)備的震動、油井深度使抽油桿柱受到較大的慣性力，以及沖次的加快，慣性載荷及震動載荷增加，使圖形波動和偏轉(zhuǎn)得更加厲害。一般來說，功圖中上下波形的平均線平行，左右曲線平行，所不同的是：上下負荷與基線不平行，成一個夾角。 隨著沖次的加快，慣性載荷和震動載荷也相應(yīng)增加。n=4n=6n=9n=121、氣體影響示功圖PSABD 由于在下沖程末余隙內(nèi)還殘存一定數(shù)量壓縮的溶解氣，上沖程開始后泵內(nèi)壓力因氣體的膨脹而不能很快降低，加載變慢，使吸入閥打開滯后（B點）。殘存的氣量越多，泵口壓力越低，則吸入閥打開滯后的越多，即B B線越長

9、。B C 為上沖程柱塞有效沖程。BC 1、氣體影響示功圖PSABD 下沖程時，氣體受壓縮，泵內(nèi)壓力不能迅速提高，卸載變慢，使排出閥滯后打開（ D ）泵的余隙越大，進入泵內(nèi)的氣量越多，則DD 線越長。DA為下沖程柱塞有效沖程。BCD1、氣體影響示功圖PSABD 而當(dāng)進泵氣量很大而沉沒壓力很低時，泵內(nèi)氣體處于反復(fù)壓縮和膨脹狀態(tài)，吸入和排出閥處于關(guān)閉狀態(tài)，出現(xiàn)“氣鎖”現(xiàn)象。BCD 氣鎖是深井泵活塞在上下沖程中只對氣體進行壓縮和膨脹，固定閥和游動閥不能正常光比和打開，并且油井不出有的現(xiàn)象。對此類油井要恢復(fù)液面，保持一定的沉沒度，盡量減小防沖距，合理的控制套氣，加深泵掛或者用泵徑較大的抽油泵。1、氣體影

10、響示功圖特征描述 ：固定閥打不開 ，游動閥關(guān)不上。圖形呈圓弧形，無產(chǎn)量。氣體影響卸載慢，泵內(nèi)進氣產(chǎn)量減 。2、充不滿影響的示功圖PSABD 當(dāng)沉沒度過小或供液不足使液體不能充滿泵筒時，均會影響示功圖的形狀。供液不足不影響示功圖的上沖程，與理論示功圖相近。下沖程由于泵筒中液體充不滿，懸點載荷不能立即減小，只有當(dāng)柱塞遇到液面時，才迅速卸載，卸載線與增載線平行，卸載點較理論示功圖卸載點左移（如圖中D 點）。C D 2、充不滿影響的示功圖 有時，當(dāng)柱塞碰到液面時，由于振動，最小載荷線會出現(xiàn)波浪線。充不滿程度越嚴(yán)重，則卸載線越往左移。123PSABDCD2、充不滿影響的示功圖圖形右下缺一塊，增載正常卸載

11、慢。 液擊是在泵充不滿時，柱塞下行以很高的速度撞擊液面，使流體載荷突然由桿柱轉(zhuǎn)移到油管上，同時產(chǎn)生強烈的沖擊波，破壞整個抽油系統(tǒng)。液擊能夠造成桿柱過早疲勞失效，同時沖擊力會使抽油泵的凡爾球和凡爾座過早損壞。還會使柱塞與泵筒得不到潤滑，加速其磨損。另外油管在液擊的沖擊下會突然拉伸，使其連接螺紋松動，發(fā)生漏失或斷脫故障。 氣擊同液擊類似，只是產(chǎn)生的沖擊較小，氣擊的危害非常類似于液擊。2、充不滿影響的示功圖泵充不滿的危害3、漏失影響的示功圖PSABD1 1、游動閥漏失、游動閥漏失C 上沖程時，泵內(nèi)壓力降低，柱塞兩端產(chǎn)生壓差，使柱塞上面的液體經(jīng)過游動閥的不嚴(yán)密處（閥及柱塞與襯套的間隙）漏到柱塞下部的工

12、作筒內(nèi)，漏失速度隨柱塞下面壓力的減小而增大。由于漏失到柱塞下面的液體有向上的“頂托”作用，懸點載荷不能及時上升到最大值，使加載緩慢。3、漏失影響的示功圖PSABD 1 1、游動閥漏失、游動閥漏失C 隨著懸點運動的加快，“頂托”作用相對減小，直到柱塞上行速度大于漏失速度的瞬間，懸點載荷達到最大靜載荷（如圖中B 點）B 當(dāng)柱塞繼續(xù)上行到后半沖程時，因柱塞上行速度又逐漸減慢，在柱塞速度小于漏失速度瞬間（如圖中C點），又出現(xiàn)了液體的“頂托”作用，使懸點負荷提前卸載。到上死點時懸點載荷已降至C點。下沖程，游動閥的漏失不影響泵的工作。因此，示功圖形狀與理論示功圖相似。 3、漏失影響的示功圖1 1、游動閥漏

13、失、游動閥漏失PABDCBCCS D 由于游動閥漏失的影響，固定閥在B點才打開，滯后了BB這樣一段柱塞沖程；而在接近上死點時又在C點提前關(guān)閉。這樣柱塞的有效吸入行程為BC。漏失量越大， BC線越短。 PABDCBCCS3、漏失影響的示功圖1 1、游動閥漏失、游動閥漏失 BDC 當(dāng)漏失量很大時，由于漏失液對柱塞的“頂托”作用很大，上沖程載荷遠低于最大載荷，如圖中AC所示，吸入閥始終是關(guān)閉的，泵的排量等于零。3、漏失影響的示功圖1 1、游動閥漏失、游動閥漏失PABDCBCCSBCDC3、漏失影響的示功圖上閥漏失拋物線，增載緩慢卸載快，漏失嚴(yán)重不出油?，F(xiàn)象：產(chǎn)量下降，液面上升，載荷減小，上電流比正常

14、時小，下電流正常。抽蹩時，上沖程壓力上升緩慢。A 3、漏失影響的示功圖2 2、固定閥漏失、固定閥漏失PSABDCD 下沖程開始后，由于固定閥漏失，泵內(nèi)壓力不能及時提高而延緩了卸載過程，使游動閥不能及時打開。只有當(dāng)柱塞速度大于漏失速度后，泵內(nèi)壓力提高到大于液柱壓力，將游動閥打開而卸去液柱載荷（如圖中D 點） 。懸點以最小載荷繼續(xù)下行，直到柱塞下行速度小于漏失速度的瞬間 。（如圖中A 點）。 泵內(nèi)壓力降低使游動閥提前關(guān)閉，懸點提前加載，到達下死點時，懸點載荷已增加到 A。上沖程，固定閥漏失不影響泵的工作，示功圖形狀與理論示功圖形狀相近。3、漏失影響的示功圖2 2、固定閥漏失、固定閥漏失PSABDC

15、BD AA 3、漏失影響的示功圖2 2、固定閥漏失、固定閥漏失PSABDCBDA 由于吸入部分的漏失而造成游動閥打開滯后(DD )和提前關(guān)閉（AA）。活塞的有效排出沖程為D A 。A3、漏失影響的示功圖下閥漏失泵效減，卸載緩慢增載快，曲線上翹兩邊圓。2 2、固定閥漏失、固定閥漏失現(xiàn)象：產(chǎn)量下降，液面上升，上電流正常，下電流稍大。抽蹩時上沖程壓力上升，下沖程壓力下降。3、漏失影響的示功圖3 3、雙閥漏失的示功圖、雙閥漏失的示功圖 雙閥漏失表現(xiàn)為上行程泵閥漏失增載緩慢，不能迅速達到最大載荷，柱塞運行到上沖程中部時排液速度相對加快，大于漏失速度，泵內(nèi)液體較上行開始時也較為充滿，漏失量減小，光桿載荷即

16、達到最大載荷值?，F(xiàn)象：產(chǎn)量下降，嚴(yán)重漏失時不出油，液面上升。上電流較低，下電流稍大。抽蹩壓力上升緩慢，嚴(yán)重時不升。雙閥漏失像橢圓，漏失原因多方面，碰泵洗井是手段。3、漏失影響的示功圖 4 4、油管漏失的示功圖、油管漏失的示功圖 油管漏失不是泵本身的問題，所以示功圖形狀與理論示功圖形狀相近，只是由于進入油管的液體會從漏失處漏入油管、套管的環(huán)形空間，使作用于懸點上的液柱載荷減小，不能達到最大理論載荷值。PSABDC3、漏失影響的示功圖現(xiàn)象：這類井產(chǎn)液量逐漸下降，液面逐漸上升，電流上沖程小，下沖程正常，抽蹩壓力上升，穩(wěn)壓穩(wěn)不住，熱洗后圖形逐漸增大，但實際載荷仍小于上理論載荷。油管漏失圖變窄，容易隱藏

17、不好辨，負荷降低產(chǎn)液減。4、抽油桿斷脫影響的示功圖 抽油桿斷脫后的懸點載荷實際上是斷脫點以上的抽油桿柱在液體中的重量，懸點載荷不變，只是由于摩擦，使上下載荷線不重合，成條帶狀。示功圖的位置取決于斷脫點的位置：斷脫點離井口越近，示功圖越接近橫坐標(biāo)；斷脫點離井口越遠，示功圖越接近最小理論載荷線。4、抽油桿斷脫影響的示功圖 躍躍14-2614-26第第189189根根19mm19mm桿桿油桿斷油桿斷躍躍21542154井檢泵第井檢泵第199199根根19mm19mm桿桿斷桿桿斷圖形近于水平狀，井口無液載荷降，電流變化失平衡。5、油層出砂影響的示功圖 油層出砂主要是因為地層膠接疏松或生產(chǎn)壓差過大，在生

18、產(chǎn)過程中使砂粒移動而成的。細小砂粒隨著油流進入泵內(nèi)，使柱塞在整個行程中或在某個區(qū)域，增加一個附加阻力。上沖程附加阻力使懸點載荷增加，下沖程附加阻力使懸點載荷減小。由于砂粒在各處分布的大小不同，影響的大小也不同，致使懸點載荷會在短時間內(nèi)發(fā)生多次急劇變化，因此使示功圖在載荷線上出現(xiàn)不規(guī)則的鋸齒狀尖峰，當(dāng)出砂不嚴(yán)重時，示功圖的整個形狀仍與理論示功圖形狀近似。5、油層出砂影響的示功圖 砂卡出現(xiàn)鋸齒狀，砂卡出現(xiàn)鋸齒狀，波峰尖小變化快，波峰尖小變化快，6、油井結(jié)蠟影響的示功圖 由于油井結(jié)蠟，使活塞在整個行程中或某個區(qū)域增加一個附加阻力，上沖程，附加阻力使懸點載荷增加；下沖程，附加阻力使懸點載荷減小，并且會

19、出現(xiàn)振動載荷，反映在示功圖上，上下載荷線上出現(xiàn)波浪型彎曲。6、油井結(jié)蠟影響的示功圖油井結(jié)蠟圖肥胖，上下行程波峰大，峰點對稱又圓滑，熱洗加藥快清蠟。7、帶噴井的示功圖 對于具有一定自噴能力的抽油井，抽汲實際上只起誘噴和助噴的作用。在抽汲過程中，游動閥和固定閥處于同時打開的狀態(tài)，液柱載荷基本加不到懸點。示功圖的位置和載荷變化的大小取決于噴勢的強弱及抽汲液體的粘度。噴勢強、油稀帶噴的示功圖 噴勢弱、油稠帶噴的示功圖8、管式泵活塞脫出工作筒的示功圖 由于防沖距過大，在上沖程中活塞會脫出工作筒，懸點突然卸載，因此卸載線急劇下降。另外由于突然卸載，引起活塞跳動，反映在示功圖中，右下角為不規(guī)則波浪形曲線。8、管式泵活塞脫出工作筒的示功圖 下泵時由于防沖距過大 , 使上行程的后半行程活塞脫出工作筒 , 脫出工作筒后懸點立即卸載,因此,后半行程與下行程線基本重合并伴有振動。右下角有耳朵，右上角缺，形如倒置“菜刀”。 圖形右上缺一塊，行程未完突卸載，活塞脫出工作筒，計算下方問題無。9、活塞下行碰泵影響的示功圖 活塞下行碰泵影響的示功圖主要特征是在左下角有一個環(huán)狀圖形。原因是由于防沖距過小，當(dāng)活塞下行接近下死點時，活塞與固定凡爾相碰撞，光桿負荷急劇降低，引起抽油桿柱劇烈振動，這時活塞又緊接著上行而引起的。同時由于振動引起游動凡爾和固定凡爾跳動，封閉不嚴(yán)，造